قوة الاحتكاك

سنقوم بمناقشة الاحتكاك لأن قوى الاحتكاك تلعب دوراً هاماً في كثير من تطبيقات قوانين نيوتن.

حاول إجراء التجربة الموضحة بالشكل 1)). ادفع كتابا معينا دفعاً خفيفاً بقوة أفقية ؛ لن يتحرك الكتاب. ونظراً لأن الكتاب بظل ساكناً نستنتج أن F_net= 0. وعليه فلا بد أن توجد على الأقل قوة واحدة مؤثرة في عكس اتجاه القوة التي تؤثر أنت بها على الكتاب. هذه القوة المضادة توفرها المنضدة حيث تتلامس مع الكتاب، وهي القوة f في الشكل. وسنسميها قوة الاحتكاك الاستاتيكي. ومن الواضح أن قوة الاحتكاك الاستاتيكي تتميز بالخواص الآتية: إنها تعاكس محاولة انزلاق الجسم واتجاهها مواز لسطحي التلامس.

الشكل (1)

والآن قم بزيادة للكتاب تدريجياً ووطء كما هو مبين بالشكل 2)). عندما يصل مقدار الدفع إلى قيمة حرجة معينة f_c سوف يبدأ الكتاب في الحركة فجأة. ولكي تحتفظ بالكتاب متحركاً لن تحتاج إلا إلى قوة أصغر مقدارها f_k (الدليل السفلي k أول حرف في الكملة الانجليزية Kinetic  بمعنى " متحرك " ). هذه التجربة توضح أن هناك قوتي احتكاك خامتين ، أولاهما هي قوة الاحتكاك العظمى ( الحرجة) f_c وهي القوة اللازمة لكي يبدأ الجسم الحركة ، والثانية هي قوة احتكاك أصغر f_k تعاكس حركة الجسم المنزلق. تذكر أن f_c هي القيمة العظمى التي يمكن أن يصل إليها الاحتكاك الاستاتيكي f_s والاحتكاك الاستاتيكي يمنع بدء الحركة الانزلاقية لأي قيمة للقيمة f_s وحتى القيمة الحرجة.

الشكل 2))

يمكن إدراك الأسباب الرئيسية لهذا السلوك من الشكل 3)): فالسطحان المتلامسان أبعد من أن يكونا أملسين على الإطلاق ، وحتى الأسطح المصقولة ستبدو البارزة بهذا الشكل عند رؤيتها تحت تكبير عال. فإذا تلامس سطحان سوف تدخل النقط البارزة لأحد السطحين في وديان السطح الآخر ، وهذا يسبب مقاومة السطحين للانزلاق. ولكن ما أن يبدأ الانزلاق لن يجد السطحان وقتاً كافياً لتلاحم أحدهما مع الآخر تلاحما كاملاً. ونتيجة لذلك تكون القوة اللازمة لاستمرار الحركة أقل من القوة اللازمة لبدء الحركة.

الشكل 3))

وكما هو متوقع من هذا النموذج فإن قوة الاحتكاك تعتمد على درجة تلاصق السطحين أحدهما مع الآخر. وتوصف هذه السمة من سمات الموقف بما يسمى القوة العمومية F_N ، ومن أمثلتها القوة العمودية التي يؤثر بها السطح يحمل جسماً على هذا الجسم .

الجدول 1)): بعض قيم معاملي الاحتكاك